CN106957128A

CN106957128A - 一种生活污水零排放处理系统及处理方法

Info

Publication number: CN106957128A
Application number: CN201710173804.5A
Authority: CN
Inventors: 孙向阳; 祁娜; 禹宙; 时光寨; 周旭昌; 张骅
Original assignee: BEIJING SEN MIAO TIAN CHENG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd; Beijing Forestry University
Current assignee: BEIJING SEN MIAO TIAN CHENG ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd; Beijing Forestry University
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2017-07-18

Abstract

本发明公开了一种生活污水零排放处理系统及处理方法，属于环保污水处理技术领域，该处理系统包括生活污水沉淀装置、布水装置、潜流人工湿地和防渗装置，其中，所述沉淀装置与布水装置通过管道相连接；所述布水装置设置在所述潜流人工湿地的中上部，所述防渗装置铺设在所述潜流人工湿地的底部和侧壁。经沉淀装置处理后的污水通过布水装置输送至人工湿地，水中的氮磷及有机污染物被植物根茎等过滤、截留、吸附、分解、吸收和利用，并通过定期砍伐实现物质循环。人工湿地铺设防渗装置，保证生活污水在一定种植密度的柳树人工湿地中消耗、利用，实现零排放处理污水的目的。

Description

一种生活污水零排放处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及一种生活污水零排放处理技术及其设计方法，特别适用于无专门排水系统的农村地区，适用于环保污水处理技术领域。

背景技术

随着社会的进步，人们对污水处理技术有了更高的要求，已经不仅仅强调于对污染物去除的高效，更重要的是希望处理设施能很好的与周边环境相融合，以土地处理为代表的分散式生态处理技术则刚好可以满足人们的这种要求。土壤污水处理系统是一种污水处理的生态工程技术，其原理是通过农田、林地、苇地等土壤一植物系统的生物、化学、物理等固定与降解作用，对污水中的污染物实现净化并对污水及氮、磷、有机质等资源加以利用。

地下土壤渗滤污水处理系统是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面一定深度和具有良好扩散性能的土层中，污水经土壤渗滤作用向四周运动达到处理要求的一种污水处理方式，是一种小型的污水自然净化系统。它是充分利用地表下土壤中栖息的土壤动物、土壤微生物、植物根系及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化的工程技术。该系统充分利用了大自然净化能力，具有土建费用低、运行费用低、管理操作方便等优点。同时，还能利用污水中的水肥资源，将污水处理与绿化及农业生产相结合，美化和改善生态环境，创造一定的经济效益。

在国外利用土壤渗滤系统处理污水的应用相当普遍，目前，美国、日本等发达国家都在大力推行土壤渗滤技术。出水BOD₅数值很低表明，渗滤系统对可生化有机物的降解去除非常理想。当污水投配到渗滤场后，在沿毛细管上升的过程中，污水中的有机污染物通过土壤的过滤、吸附、植物吸收和微生物分解而被去除。土壤具有较大的吸附容量，截留下的有机物在微生物的分解代谢作用下，将有机物转化为无机物，这样又恢复了土壤的吸附能力。土壤就是通过这样的循环往复来对有机污染物进行净化的。

系统中氨氮去除效果理想，去除率平均在97.5％以上。污水中氮的去除总是要经过铵化、硝化和反硝化几个步骤完成。硝化与反硝化反应分别是在好氧与厌氧条件下发生的，两种截然相反的反应条件的转换，对常规生化处理方法提出了很高的要求，难于实现脱氮目的。土壤渗滤系统由于其作用机理，可以实现硝化与反硝化的顺利完成。间歇性的转换布水，系统实质上进行着布水与干化的交替运行，使土壤处于好氧与厌氧交替变换的状态。其中干化即非布水时间，人工湿地通过蒸发蒸腾渗滤等作用，去除大部分含水量的过程。两者交替运行使土壤处于厌氧与好氧交替变换的状态，取得更好的处理效果。

另外，土壤中还会存在许多与周围环境状况不同的微环境，即在好氧大环境中存有厌氧微环境，而在厌氧大环境中又存在着好氧微环境。就是这种厌氧与好氧条件的变化和共存，为硝化和反硝化反应创造了条件，渗透系统由此得到良好的脱氮效果。虽然在系统干化阶段(即为人工湿地通过蒸发蒸腾渗滤等作用，去除大部分含水量的阶段)，下层土壤中可以恢复部分氧气，土壤中氧气水平较低，硝化反应很难进行到最后阶段，下层土壤中的氮应该主要以亚硝酸氮为主。在厌氧条件下，可能发生厌氧氨氧化反应，即在厌氧条件下，微生物直接以NH₄ ⁺做电子供体，以N0₂ ^一为电子受体，将NH₄ ⁺或N0₂ ^一转变成N²的生物氧化过程。

农村地区经济基础相对薄弱，污水处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗的工艺。本专利的污水处理技术与其他污水处理技术相比，具有投资省、管理方便、处理成本低和效果稳定等优点，并且土地处理系统的覆土层具有天然的保温和除臭功能，无需外加保温措施，适合在我国农村地区推广应用。

例如，公开号为CN102219332A的发明专利申请公开了一种新农村生活污水处理技术，生活污水经曝气沉砂池适当沉淀后再通过提升水泵送入浓缩式二级厌氧反应池内，后上清液依次进入阶梯跌水型湿地、无介质湿地、经济收益型湿地、生物滤池、鱼池，能够达到水净化的目的。但是该类型处理技术存在两大弊端，一是其人工湿地污水暴露于空气中，易散发异味影响周边环境；二是人工湿地在冬季低温期水面结冰和植物的季节性致使其在冬季无法正常运行。

又如公开号为CN102690013A的发明专利申请公开了一种分散生活污水处理及资源化的立体生态温室技术，可以解决现有生态技术处理分散生活污水时存在的占地面积大，冬季低温条件下无法稳定运行等问题。但该类系统仍然存在污水极易渗入湿地底部土壤，造成地下水的污染等问题。

发明内容

本发明针对传统污水处理技术中污水异味、下渗造成空气、地下水二次污染和一般人工湿地无法在冬季正常运行的问题，提供了一种生活污水零排放处理系统及利用该处理系统处理生活污水的方法。利用本发明的生活污水零排放处理系统处理生活污水，可有效去除污水中有机污染物和悬浮物，水中的氮、磷等富营养化污染物最终被本发明处理系统中潜流人工湿地中的人工基质层和人工林的植物过滤、截留、吸附、分解、吸收，保证生活污水在一定种植密度的柳树人工湿地中消耗、利用，达到生活污水零排放。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种生活污水零排放处理系统，包括生活污水沉淀装置、布水装置、潜流人工湿地和防渗装置，其中，所述沉淀装置与布水装置通过管道相连接；所述布水装置设置在所述潜流人工湿地的中上部，所述防渗装置铺设在所述潜流人工湿地的底部和侧壁。

其中，所述潜流人工湿地是选择种植柳树的潜流人工湿地。

特别是，所述柳树潜流人工湿地上柳树的种植密度为10-12株/m²。

尤其是，所述柳树人工林选择地径为2-4cm，株高1-3m的柳树。

柳树喜在上层深厚的沙壤上中生长，具有扎根深，抗雨涝，易成活，在肥水条件好时，枝条生长旺盛，可以正常生长20～30年，在干旱瘠薄土地条件或在浅积水2～3个月的不利条件下，仍能正常生长的优势。柳树砍伐一般在柳树种植后的第三年春天，其后每年都砍伐。

潜流人工湿地种植的植被的选择以“生长迅速、根系发达、容易收割、耐涝耐盐”为原则。柳树人工林的柳树可以优选我国特有的且分布较广的红皮柳(Salixsinopurpurea)、杞柳(Salix integra)、沙柳(Salix cheilophila)。本发明的人工湿地上优选种植杞柳(Salix integra)。

特别是，所述生活污水沉淀装置设置在距离所述柳树人工湿地10-15m的水平空地处。

尤其是，所述生活污水沉淀装置包括至少2个以串联方式连接的沉淀井，优选为3-4个以串联方式连接的沉淀井组成，进一步优选为3个沉淀井以串联方式连接组成所述的生活污水沉淀装置。

其中，由3个沉淀井串联组成的生活污水沉淀装置中收集并沉淀处理生活污水的沉淀井为第一级沉淀井，依次串联的为第二级沉淀井、第三级沉淀井。

特别是，所述以串联方式连接的污水沉淀井中的第一级污水沉淀井为收集生活污水，并对其进行自然沉降处理，去除生活污水中的比重大的悬浮物和大颗粒固体；所述第二级污水沉淀井为生活污水在微生物的水解作用下有效去除污水中可溶性有机物并进一步沉降悬浮物；所述第三级污水沉淀井中生活污水进一步被微生物水解，进一步沉淀去除悬浮物。

沉淀井的作用是“汇集、储存、均衡污水的水质水量”，起到沉淀净化的作用。

其中，第一级沉淀井的体积大于第二级、第三级沉淀井的体积，第二级沉淀井的体积大于第三级沉淀井体积。

特别是，所述第一级、第二级、第三级沉淀井的体积之比为4-6：3-4:2-3，优选为5:3:2。

本发明中选择三级沉淀井的体积之比为5:3:2，是因为第一级沉淀中的固体污染物最多，需要较长的沉淀时间，较大的体积可以储存更多的污水。

尤其是，所述沉淀井的深度为2-3m，优选为2.5m。

特别是，所述沉淀井选择长方体型，沉淀井的长度为2-3m，优选为2m；宽度为0.5-2.5m，优选为0.8-2m；深度为2-3m，优选为2.5m。

尤其是，水力负荷为5m³/天时，所述第一级沉淀井的容积为8-12m³，优选为10m³；第二级沉淀井的容积为6-8m³，优选为6m³；第三级沉淀井的容积为4-6m³，优选为4m³。当水力负荷为10m³/天时，所述第一级沉淀井的容积为16-24m³，优选为20m³；第二级沉淀井的容积为12-16m³，优选为12m³；第三级沉淀井的容积为8-12m³，优选为8m³；其他以此类推。

其中，相邻两口沉淀井之间的井壁的上部设置格栅，使得相邻两口沉淀井之间彼此连通，利于污水从上一级沉淀井向下一级沉淀井流动的过程中拦截污水中的固体残渣。

特别是，所述格栅的设置位置距离地表的高度为60±5cm。

尤其是，所述格栅的形状选择圆形格栅。

特别是，所述圆形格栅的半径为40±5cm。

尤其是，与布水装置相连接的沉淀井上设有泵和阀门，将沉淀井中的污水泵送至布水装置中，输送至人工湿地；还可以控制污水的向潜流人工湿地排放污水的速度。

其中，所述布水装置由布水主管道和多条布水支管道组成，所述布水支管道与所述布水主管道固定连接。例如布水主管道与分支管道之间焊接、通过三通阀门相连接等。

本发明具体实施方式中潜流人工湿地中布设1套布水装置，可以根据人工湿地的面积的大小铺设多套布水装置，为人工湿地上种植的植物供水。

生活污水沉淀装置处理后的生活污水通过设置在沉淀井出水口的泵和阀门进入布水主管道，流入布水支管道内，向潜流人工湿地布水，即将待处理生活污水输送至人工湿地。

特别是，所述布水主管道沿着所述潜流人工湿地的长度方向设置在所述潜流湿地的中间部位，其中所述布水主管道的长度与所述潜流人工湿地的长度适应。

尤其是，所述布水主管道的内径为20-30cm，优选为25cm。

特别是，所述布水主管道通过连接管道与所述生活污水沉淀装置相连接，将经过沉淀装置处理后的污水输送至人工湿地中。

尤其是，所述布水主管道的一端通过连接管道与所述生活污水沉淀装置的沉淀井相连通，将沉淀井内的污水导出，引入到潜流人工湿地，其另一端还设置观测井。

其中，观测井的深度与潜流人工湿地的深度相适应，设置在沿湿地长度方向的一端，与所述布水主管道的末端相连接。

观测井用于观测人工湿地的水位、监测人工湿地的水质。布水之后，污水进入人工湿地的地下部分，可以从观测井中看见水位高低，以评估进水量是否超出柳树人工林蒸发蒸腾的负荷，或连续几天观测来评价人工湿地的蒸发蒸腾效率。同时，本技术没有污水的排放，可以通过抽取观测镜中水样进行监测，观察污水处理的效果，判断进水水质的污染元素含量是超过柳树人工林的负荷。

其中，所述多条布水支管道均匀分布在所述布水主管道的两侧，布水支管道的轴线与布水主管道的轴线相垂直。

特别是，所述位于布水主管道同一侧的相邻两条布水支管道之间的间距为1±0.2m，优选为1m。

尤其是，所述人工湿地上铺设的布水支管道数量(N)按照如下式(Ⅰ)计算：

N＝2×[(L÷l)+1] (Ⅰ)

其中，N：布水支管道数量；L：人工湿地长度；l：相邻两条布水支管道间间距。

特别是，所述布水支管道与所述布水主管道相互垂直，并且相邻的布水支管道彼此平行。

尤其是，所述布水支管道的长度与所述潜流人工湿地的宽度之比为1:2；所述布水支管道的内径为4-6cm，优选为5cm。

特别是，在所述布水支管道的向下的部位(即朝向所述潜流人工湿地的人工基质层的一侧)均匀设置多个布水孔，使得布水均匀。

尤其是，所述布水孔之间的间隔距离为20±5cm。

特别是，所述布水孔的孔径为3-5cm的圆孔。

尤其是，所述布水主管道、布水支管道采用PVC管。

其中，所述潜流人工湿地由种植基质部分和种植在基质部分上的植株柳树组成，并且所述种植基质部分的底部距离地基的地表的距离为1.5-2.0m，即种植基质部分的厚度为1.5-2.0m，优选为2.0m。

特别是，所述种植基质部分从下至上依次为砾石垫层、人工基质层和砂土覆盖层，即所述砾石垫层的底部距离生活污水处理地地基地表的深度为1.5-2.0m。

尤其是，所述砾石垫层厚度为0.5-1.0m；铺设粒径2-10cm的砾石；所述砾石垫层除了使用粒径2-10cm的砾石铺设之外，还可以选用生活污水处理地区的原土过筛后粒径大于2cm的石块，用于集水和储存暂未利用的污水。

特别是，所述人工基质层为粒径≤2cm的原土，即生活污水处理地区原土过2cm筛后的原土。

尤其是，所述人工基质层的厚度为90-95cm，优选为90cm。

尤其是，所述人工基质层还包括添加无机填料。

特别是，所述无机填料为蛭石、沸石、无烟煤、活性炭、膨润土中的一种或多种。

尤其是，所述无机填料选择粒径为3-5mm的蛭石与膨润土。

其中，所述蛭石与膨润土的体积份配比为1-4:1，优选为3-4：1，进一步优选为4：1。

尤其是，所述无机填料与所述粒径小于2cm的原土的体积份配比为10-20：100，优选为15：100。

特别是，所述人工基质层按照如下方法制备而成：将待处理生活污水地区的原土过2cm的筛，选择粒径小于2cm的原土与无机填料混合而成。

其中，所述无机填料为沸石、蛭石、无烟煤、活性炭、膨润土中的一种或多种。

特别是，所述无机填料选择粒径为3-5mm的蛭石与膨润土。

尤其是，所述粒径小于2cm的原土与无机填料的体积份配比为100：10-20，优选为100：15-20，进一步优选为100:20。

尤其是，所述无机填料的粒径为0.3-0.5cm，优选为0.5cm。

特别是，所述砂土覆盖层的厚度为5-10cm，即在人工基质层的表面覆盖厚度为5-10cm的砂土(其中粒径在0.05-2mm之间的砂砾含量在80％以上)，若待处理生活污水地区的原土为砂质土壤的可直接用作砂土覆盖层。砂土覆盖层的作用是增加地表蒸发，防止土壤板结。

尤其是，所述砂土覆盖层中砂土的粒径在0.05-2mm之间的砂砾含量≥80％。

特别是，所述布水装置设置在所述潜流人工湿地种植基质部分的人工基质层中，并且所述布水装置的上表面距离种植基质部分的表面的距离为35-45cm，优选为40cm。

特别是，所述布水装置设置在所述潜流人工湿地地下部分的人工基质层中。

尤其是，所述布水装置距离地表的距离为35-45cm，优选为40cm。

特别是，水力负荷为5m³/天时，所述人工湿地面积为(40-50)m×(8-10)m，即人工湿地面积为320-500m²。当水力负荷为10m³/天时，所述人工湿地面积为2×[(40-50)m×(8-10)m]，即人工湿地面积为640-1000m²；其他以此类推。

其中，潜流人工湿地的种植基质部分上的植株柳树的种植密度为10-12株/m²。

特别是，种植的柳树选择红皮柳(Salix sinopurpurea)、杞柳(Salix integra)、沙柳(Salix cheilophila)中的一种或多种，优选为杞柳。

尤其是，种植柳树的树坑内的土壤选择待处理污水地人工湿地挖掘的原土或原土与有机质填料。

其中，所述有机质填料选择粒径为0.5-2mm的草炭或菇渣，优选为粒径为0.5-2mm的草炭。

特别是，所述有机质填料与树坑原土的体积之比为5-15:100，优选为10:100。

其中，铺设在潜流人工湿地底部或侧壁的所述防渗装置由防渗膜组成，用于储水和防止污水渗漏污染地下水。

特别是，所述防渗膜选择PE防渗膜。

尤其是，所述PE防渗膜的厚度为1.5-2.5cm。

特别是，所述防渗装置还包括在所述PE防渗膜的上表面还可以覆盖一层无纺布，用来减少施工时可能的损坏。

特别是，所述无纺布的厚度为0.6-1.0cm，优选为0.8cm。

本发明另一方面提供一种利用上述生活污水处理系统处理生活污水的方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)将生活污水导入所述生活污水沉淀装置，进行沉淀、过滤处理，去除污水中的大颗粒悬浮物和杂物；

2)沉淀、过滤后的生活污水通过布水装置，导入潜流人工湿地，污水被种植在潜流人工湿地的种植基质部分和其中种植的植株的根茎等过滤、截留、吸附、分解、吸收和沉淀，净化生物污水；所述种植在潜流人工湿地地下部分的植株进行定期砍伐，实现物质循环；潜流人工湿地底部和侧壁铺设的所述防渗装置，保证生活污水无渗漏，使得全部的污水在潜流人工湿地中被消耗、利用，实现生活污水零排放。

其中，步骤1)中所述沉淀、过滤处理包括如下步骤：

1-1)首先，生活污水流入以串联方式连接的第一级沉淀井，进行污水的汇集并均衡污水水质，水中比重较大的杂质悬浮物、大颗粒、易沉降的悬浮物在自然沉降作用下去除；

1-2)经过初步沉降后的污水流入第二级沉淀井中，污水中的可溶性有机污染物及部分不溶性有机物在微生物的水解作用下进一步去除和沉淀；

1-3)经过二次沉淀作用后的污水流入第三级沉淀井中，污水储存于第三级沉淀井中，然后经由泵，通过阀门流入布水主管道。

本发明的生活污水处理系统和处理方法具有如下优点：

1、本发明的生活污水处理系统不仅广泛适用于治理村镇生活污水，而且也适用于农村养殖场、独栋别墅、旅游区等市政污水管网未达地区的生活污水处理。

2、本发明的生活污水处理系统结构简单，可因地制宜，对污水的处理效果好，污水中悬浮物、总磷、总氮的去除效率高；污水会全部消耗，达到100％处理，对生活污水的处理达到零排放的标准。

3、本发明的生活污水处理系统运行能耗小，后期维护成本低，适宜在广大农村推广使用。

4、本发明的生活污水处理系统的生活污水沉淀装置沉淀固体悬浮物，并为初步生化反应提供场所，实现污水的初步净化。污水沉淀装置埋于地下，既避免异味，节省地面空间，美化景观，同时还可以在冬天尤其是北方农村具有抗冻的作用。

5、本发明的生活污水处理系统的潜流人工湿地采用水平流潜流人工湿地，与现有的地表流人工湿地或垂直流人工湿地相比，对污水中SS(悬浮物)、TN(总氮)、COD(化学需氧量)和BOD(生化需氧量)的去除效率更高。

6、本发明的生活污水处理系统的潜流人工湿地采用复合人工土层，通过合理规划土壤层次和添加无机填料，解决了人工湿地运行一段时间后易形成微生物膜易堵塞的缺点，人工湿地中砾石垫层的大孔隙，在冬季污水处理量较低时可储存污水待待温度回升后进行处理，维持系统在冬季的处理效果。

7、本发明的生活污水处理系统通过合理规划布水量，利用土壤蒸发和柳树蒸腾作用，同时由于铺设防渗膜，使污水既没有地下水排放，也没有单独的排水口，可将污水在柳树人工湿地内全部消耗，污水处理效率高，污水被全部消耗，达到100％处理，达到了生活污水零排放的要求。

8、本发明的生活污水处理系统的种植柳树的人工湿地，可形成绿化的景观效果。定期砍伐柳树也可产生一定的生物质能源，实现物质循环。

9、本发明的生活污水处理系统结构简单，可因地制宜根据需处理的生活污水水量调整沉淀池、潜流人工湿地的大小及柳树种植密度。

附图说明

图1是本发明的生活污水水处理系统的连接示意图及处理流程示意图；

图2是图1沿着A-A线的剖视示意图；

图3是本发明的生活污水水处理系统的污水沉淀装置的结构示意图；

图4为本发明生活污水水处理系统的污水沉淀井井壁过滤格栅结构示意图

图5为本发明生活污水水处理系统的布水装置的局部放大示意图；

图6为本发明生活污水水处理系统的第二种布水装置的布水主管道、分支管道、观测井的局部放大示意图；

图7为本发明生活污水水处理系统的布水支管道局部结构示意图。

附图标记说明：1、生活污水沉淀装置；11、第一级沉淀井；12、第二级沉淀井；13、第三级沉淀井；14、格栅；15、泵；2、布水装置；21、布水主管道；22、布水支管道；23、布水孔；24、观测井；3、潜流人工湿地；31、砾石垫层；32、人工基质层；33、砂土覆盖层；34、柳树；4、防渗装置；41、PE防渗膜；5、连接管道；

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

下面参照附图1-3详细说明本发明生活污水处理系统。

如图1所示，本发明的生活污水零排放处理系统包括生活污水沉淀装置1、布水装置2、潜流人工湿地3和防渗装置4，其中，所述沉淀装置与布水装置通过连接管道5相连接；所述布水装置设置在所述潜流人工湿地的中上部，所述防渗装置铺设在所述潜流人工湿地的底部和侧壁。潜流人工湿地的底部距离地表的深度为1.5-2.0m(优选为2m)，即潜流人工湿地的深度为1.5-2.0m(优选为2m)。

如图3生活污水沉淀装置由至少3口生活污水沉淀井组成，且3口沉淀井以串联方式相连接。沉淀井的底部和四周的井壁均采用防渗处理，例如在井底和井壁均采用砖砌水泥结构。

本发明实施例中的污水沉淀装置由3口沉淀井11、12、13组成，且3口沉淀井以串联方式相连接。三口沉淀井依次并行排列，相邻两口沉淀井彼此之间间隔经过防渗处理的井壁，即相邻两口沉淀井通过井壁彼此隔离。第一级沉淀井11、第二级沉淀井12、第三级沉淀井13的体积之比为5：3-4:2-3，优选为5:3:2。

在将第一级、第二级沉淀井分隔的井壁的上部开设圆孔，并在圆孔内固定安装过滤格栅14(如图4)，当第一级沉淀井中的水灌满后，从井壁上部的过滤格栅出溢出，向第二级沉淀井中注水；在将第二级、第三级沉淀井分开的井壁的上部开设圆孔，并在圆孔内固定安装过滤格栅14，当第二级沉淀井中的水灌满后，从井壁上部的过滤格栅出溢出，向第三级沉淀井中注水；形成串联方式连接的三级沉淀装置。

本发明具体实施方式部分为了沉淀装置结构紧凑，彼此串联的沉淀井以并行排列方式相邻设置为例说明，彼此串联的沉淀井也可以相互分离，通过连接管道相连。

如图1、2，潜流人工湿地由种植基质部分和种植在基质部分上的植株柳树组成。潜流人工湿地上种植的柳树选择红皮柳、杞柳、沙柳、簸箕柳中的一种或多种，本发明中选择种植杞柳，柳树的种植密度为10-12株/m²，优选为10株/m²。

本发明种子在潜流人工湿地的种植基质部分的柳树为灌木类柳树，其生长迅速、根系发达、容易收割、耐涝耐盐，适于生活污水盐分高、以洗涤和粪便垃圾为主要污染物来源生活污水中氮磷及有机污染物较高的特性。

本发明实施例中水力负荷为5m³/天，潜流人工湿地的床体(即种植基质部分)整体为呈梯形的土坑，其上底面的长度、宽度分别为40m、8m，下底面的长度、宽度分别为40m、5m；深度为2m。第一级沉淀井体积为10m³；第二级沉淀井的容积为6m³；第三级沉淀井的容积为4m³。

在潜流人工湿地的床体(即种植基质部分)的底部和侧壁铺设不透水的PE防渗膜41，形成本发明的处理系统的防渗装置4，PE防渗膜的厚度为1.5-2.5cm(通常选择2.0cm)。

还可以在PE防渗膜41的上表面铺设厚度为0.6-1.0cm(优选为0.7cm)的无纺布(附图中未示出)，减少施工时对PE防渗膜的损坏。

潜流人工湿地的床体内部从下至上依次为铺设砾石垫层31、人工基质层32和砂土覆盖层33，其中砾石垫层采用粒径2-10cm的砾石或原土中粒径大于2cm的石块(即生活污水处理地区的原土过筛后粒径大于2cm的石块)铺设在床体的底部形成，砾石垫层的铺设厚度为0.5-1.0m(通常选择为1.0m)；人工基质层是将粒径小于2cm的原土(即生活污水处理地区的原土过2cm筛后的原土)铺设在砾石层的上部而成，其厚度为90-95cm(通常为90cm)；砂土覆盖层是将砂土(粒径0.05-2mm的砂砾占80％以上，不夹杂粘土或泥土)铺设在人工基质层的上部，而成，其厚度为5-10cm(优选为10cm)。

如图1、2、5、6所示，布水装置包括布水主管道、布水支管道和观测井，布水支管道固定连接在布水支管道的两侧，观测井与布水支管道的末端相连接。

布水主管道沿着潜流人工湿地的长度方向设置，位于潜流湿地的中间部位，布水主管道的长度与潜流人工湿地的长度适应，其铺设深度距离潜流人工湿地表面的距离为35-45cm(优选为40cm)。布水主管道的一端通过连接管道5与所述生活污水沉淀装置的沉淀井相连通，将沉淀井处理后的污水输送至潜流人工湿地，其另一端与观测井相连接，观测井用于观测人工湿地的水位、监测人工湿地的水质；布水支管道均匀分布在所述布水主管道的两侧，与布水主管道固定连接，通常采用焊接或以三通阀门的方式固定连接。

布水支管道的轴线与布水主管道的轴线相垂直，并且相邻两条布水支管道之间的间距为1±0.2m，优选为1m，相邻的布水支管道彼此平行。均匀分布于布水主管道两侧的布水支管道可以交错平行排列(如图5)，也可以对齐平行排列(如图6)，本发明实施例中选择对齐平行排列。并且布水支管道的长度与所述潜流人工湿地的宽度之比为1:2。

布水支管道数量(N)按照如下式(Ⅰ)计算：

N＝2×[(L÷l)+1] (Ⅰ)

并且，在布水支管道的向下的部位(朝向砾石垫层方向)均匀设置多个孔径为3-5cm的圆形布水孔(通常为4cm)，使得布水均匀，并且相邻两个布水孔之间的间隔距离为20±5cm(通常为20cm)。

观测井设置在潜流人工湿地长度方向的一端，且位于潜流人工湿地宽度方向的中间位置，与布水主管道相连接，其深度与潜流人工湿地的深度相适应。

观测井设置于布水主管道的末端，通过热熔焊接将观测井与布水主管道相连接。观测井垂直贯穿于人工湿地的地下部分，并突出于地表，同时加盖，以防止枯枝落叶等杂物掉入观测井。

实施例2

本发明实施例以水力负荷为5m³/天为例进行说明。

1、挖掘人工湿地床体

在生活污水处理地区的空地挖掘呈梯形形的土坑，作为人工湿地的床体；土坑的上底的长度、宽度分别为50m、10m，下底的长度、宽度分别为46m、6m；深度为2m，同时将挖掘湿地床体的原土过筛网，进行筛分处理，筛选出原土中粒径大于2cm的石块和粒径小于2cm的土壤；

对原土过筛网：较大的石块用于铺设砾石垫层、较细的土壤用于与无机填料(如蛭石、沸石)混合后回填为人工基质层、表层铺设砂土覆盖层。

砾石垫层、人工基质层、砂土覆盖层优先选用筛分过的原土进行回填，如果当地土壤没有较大石块或砂土，则进行购买。

本发明实施例中水力负荷为5m³/天，潜流人工湿地的床体(即种植基质部分)整体为呈梯形的土坑，其上底面的长度、宽度分别50m、10m，下底的长度、宽度分别为46m、6m；深度为2m。第一级沉淀井体积为10m³；第二级沉淀井的容积为6m³；第三级沉淀井的容积为4m³。

2、铺设防渗膜

在床体的底部和侧壁铺设不透水的、厚度为2cm(通常选择1.5-2.5cm)的PE防渗膜，不透水的防渗膜可以使污水完全留存在污水处理系统的内部，被种植在湿地上是绿色植物吸收利用，达到零排放的目的，并且防渗膜还防止了因为污水下渗而造成对地下水和附近土壤的污染。

还可以在PE防渗膜的上表面铺设厚度为0.8cm(通常为0.6-1.0cm)的无纺布(附图中未示出)，减少施工时对PE防渗膜的损坏。

3、原土回填和铺设布水装置

3-1)将筛分后的粒径大于2cm的石块铺设在床体的底部的防渗装置的上表面，砾石层的铺设厚度为1.0m(通常选择为0.5-1.0m)，形成人工湿地的砾石垫层；

3-2)将粒径小于2cm的原土铺设在砾石层的上部，形成厚度为90cm的人工基质层(通常人工基质层的厚度为90-95cm)；

3-3)在人工基层的上方沿着湿地床体的上底面的长度方向布置布水主管道，并且布水主管道位于在湿地床体的中间位置，其长度与湿地的长度相适应，深度为距地表的深度为40cm(通常为35-45cm)；在人工基层的上方沿着湿地床体的上底面的宽度方向布置长度约为5m的布水支管道；在布水支管道的向下的部位设置多个间隔距离为20cm的孔径为4cm的圆形布水孔(通常圆形布水孔的孔径为3-5cm)；布水主管道和布水支管道通过热熔焊接连接(如图5、6)，形成布水装置，埋于人工基质层的上表面之下，避免阳光直射；本实施例中布水主管道与支管道的连接如图6所示。

3-4)将内径为40cm(通常选择35-45cm)，深度为2m的观测井设置在人工湿地宽度方向的中间位置，与布水主管道的末端相连接，垂直于人工湿地床体，通过热熔焊接将观测井与布水主管道相连接，形成观测井，并加以井盖，以防止枯枝落叶等杂物掉入。

4、铺设砂土覆盖层

将粒径小于2cm的原土回填至人工基质层厚度为90cm(通常为90-95cm)，然后再将粒径在0.05-2mm之间的砂砾含量在80％以上的砂土(不夹杂粘土或泥土)铺设在人工基质层的上部，形成厚度为10cm(通常为5-10cm)的砂土覆盖层，增加地表蒸发，防止土壤板结，方便除草。

5、种植柳树

选择已生根高度为20cm以上的杞柳树苗(Salix integra)，挖深度为20-40cm的直筒形坑，栽植柳树；其中柳树的种植密度为11株/m²(通常为10-12株/m²)。

种植柳树时，将挖树坑时的原土过筛后回填。柳树在系统建成后第三年开始的每年春季砍伐即可。

本发明方法种植柳树时除了回填原土之外，还可以将或将过筛后的原土与有机基质混合(如草炭土、菇渣等)后回填。

6、挖掘生活污水沉淀井

本发明实施例中污水沉淀装置选择3口以串联方式组成的沉淀井组成。

在距离人工湿地10-15m的水平空地处挖掘深度为2.5m(通常为2-3m)的3口污水沉淀井(如图1、3所示)，分别为第一级、第二级、第三级沉淀井，在沉淀井的底部和四周侧壁采用砖砌水泥结构，其中第一级沉淀井的体积为10m³，第二级沉淀井的体积为6m³，第三级沉淀井的体积为4m³；

其中，在将第一级、第二级沉淀井分开的井壁的上部开设圆孔，并在圆孔内固定安装过滤格栅，当第一级沉淀井中的水灌满后，从井壁上部的过滤格栅出溢出，向第二级沉淀井中注水；在将第二级、第三级沉淀井分开的井壁的上部开设圆孔，并在圆孔内固定安装过滤格栅，当第二级沉淀井中的水灌满后，从井壁上部的过滤格栅出溢出，向第三级沉淀井中注水；形成串联方式连接的三级沉淀装置。

生活污水经过管道流入第一级沉淀井，污水中比重较大的杂质悬浮物、大颗粒、易沉降的悬浮物在自然沉降作用下去除，经过第一级沉淀井上部的格栅的过滤后流入第二级沉淀井中，污水中的悬浮物和不溶性有机物得以进一步去除，在二次沉淀后，经过第二级沉淀井上部的格栅的过滤后流入第三级沉淀井中，污水在第三级沉淀井中储存，然后经过泵，将预处理后的污水泵送入布水装置的布水主管道中，进而流入布水支管道，向人工湿地均匀布水。

分别采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535-2009)、碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法(HJ 636—2012)、钼锑抗分光光度法、快速消解分光光度法测定(HJ/T 399-2007)测定第一、第二、第三级沉淀井污水的氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD_cr)，测定结果如表1所示。

表1 生活污水沉淀装置处理污水水质测定结果

7、布水以及污水的吸收和利用

将第三级沉淀井与布水装置的布水主管道通过连接管道5连接，在泵的作用下，将第三级沉淀井中的污水泵送至布水装置的布水主管道内，通过布水支管道向潜流人工湿地均匀布水；

潜流人工湿地中种植的柳树通过其根茎等对污水进行过滤、截留、吸附、分解、吸收和沉淀，净化生活污水。系统运行2年后，分别采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)、碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法(HJ 636—2012)、钼锑抗分光光度法、快速消解分光光度法测定(HJ/T 399-2007)测定人工湿地布水装置观测井内水质，测定结果如表2所示。

表2 观测井水质测定结果

系统运行过程中每年测定人工湿地上种植的植物的平均株高和成活率，测定结果如表3所示；系统运行2年后，测定植株的茎、叶元素分布量，测定结果表4所示。

表3 植株生长状况测定结果

表4 植株茎、叶元素分布总量测定结果(kg/m²)

种植在潜流人工湿地的种植基质部分的柳树定期被砍伐，实现物质循环。

实施例2A

除了在人工湿地的种植基质上种植的柳树为红皮柳之外，其余与实施例2相同，测定观测井内水质，测定结果如表2所示；植株的生长状态测定结果如表3所示；植株的茎、叶元素分布量测定结果如表4。

实施例2B

除了在人工湿地的种植基质上种植的柳树为沙柳之外，其余与实施例2相同，测定观测井内水质，测定结果如表2所示；植株的生长状态测定结果如表3所示；植株的茎、叶元素分布量测定结果如表4。

实施例2C

除了在人工湿地的种植基质上种植的植物为芦苇之外，其余与实施例2相同，测定观测井内水质，测定结果如表2所示；植株的生长状态测定结果如表3所示；植株的茎、叶元素分布量测定结果如表4。

实施例3A

选取研磨至3-5mm的沸石、蛭石、活性炭、膨润土、砾石作为备选的无机基质，经去离子水浸泡、微波震荡、冲洗和烘干后，进行了对生活污水中N、P、有机物等吸附性能的静态模拟试验，即分别称取3-5mm沸石、蛭石、活性炭、膨润土、砾石各1g，加入到干净的500ml具塞锥形瓶中，分别加入生活污水100ml，温度25℃条件下，恒温振荡培养箱中震荡24h，静置15min，取上清液测定溶液的各污染物平衡浓度，计算各无机填料对污染物的吸附量和去除率，实验进行三次，取平均值。测定结果见下表5。

表5 静态模拟实验测定结果

测定结果分析得知，蛭石对水中氮，尤其是氨氮的吸附性能显著优于其他基质，而膨润土对水中磷和有机物的吸附效果显著，故选用蛭石和膨润土作为人工基质层的无机填料。

实施例3B

蛭石、膨润土作为人工基质无机填料的添加量和配比的土柱实验。

以内径20cm，高1m，壁厚0.5c的玻璃管模拟土壤渗滤系统装置，以填充土壤体积为1，添加膨润土比例为4％，添加蛭石分别为4-16％，粒径为3-5mm，水力负荷为0.08m³/(m²·d)，进水方式为上部间歇式进水。每天上午10点和晚10各进水一次，每2天在底部取一次水样，对进出水中各污染物质量浓度进行测定。取水样时使玻璃柱中的水落干，之后再进水，实验运行20d，计算去除率的平均值，实验结果见表6。

表6 蛭石、膨润土土柱实验测定结果

注：表中CK处理为土壤，T1为土壤+4％膨润土，T2为土壤+4％膨润土+4％蛭石，T3为土壤+4％膨润土+8％蛭石，T4为土壤+4％膨润土+12％蛭石，T5为土壤+4％膨润土+16％蛭石。

实验结果显示，与纯土壤相比，添加4％膨润土与4-16％蛭石的几个处理效果均达到显著提高，其中添加16％蛭石的处理效果最好，故而筛选出添加膨润土与蛭石的比例为1：3-4，优选为1:4。结合土壤渗透性和容重的考量，土壤中添加无机填料的总体积占土壤的比例为15-20％，优选为20％。通过添加无机填料，可显著增加土壤对生活污水中污染物的吸附容量，对柳树根系吸收利用污染物起到缓冲和临时吸附的作用，同时增加土壤孔隙度，避免堵塞和土壤板结。

实施例3C

选取筛分后的粒径为0.5、2.0mm的草炭、菇渣为有机质填料，分别与过2mm筛后的原土混合均匀，并以过2mm筛后的原土为对照，原土中添加的有机质原料的添加量为10％(体积比)，混合均匀后风干，测定混合后土壤中有机碳、全氮等化学指标，计算C/N变化，以及容重、毛管孔隙度等物理指标。其中有机碳测定使用重铬酸钾氧化-分光光度法(HJ 615-2011)，土壤全氮采用凯氏定氮法(HJ 717-2014),有机碳含量与全氮含量之比为碳氮比，土壤渗透率、容重、持水力和孔隙度等物理指标采用环刀法，测定结果如表7所示。

表7 有机质填料筛选实验测定结果

实验结果显示，土壤中添加0.5-2mm草炭或蘑菇渣均有效提高了土壤的C/N、持水力及毛管孔隙，优选为添加0.5mm草炭。通过添加草炭等有机填料，可以合理优化土壤碳氮比，为人工湿地中微生物的活动和繁殖提供碳源，加快系统启动速度，同时增加了柳树根系周围的持水力和毛管孔隙度，调节根际水气比例，保证柳树成活率。

实施例3D

选取粒径为0.5mm的草炭作为植物栽培有机质填料，进行有机质填料添加量和配比的土柱实验。

以内径20cm，高1m，壁厚0.5c的玻璃管模拟土壤渗滤系统装置，以填充土壤体积为1，添加有机质填料草炭比例为5-15％粒径为0.5mm，水力负荷为0.08m³/(m²·d)，进水方式为上部间歇式进水。每天上午10点和晚10各进水一次，每2天在底部取一次水样，对进出水中各污染物质量浓度进行测定。取水样时使玻璃柱中的水落干，之后再进水，实验运行20d，计算去除率的平均值，实验结果见表8。

表8 草炭土柱实验测定结果

注：表中CK处理为土壤，T6为土壤+5％0.5mm草炭，T7为土壤+10％0.5mm草炭，T8为土壤+15％0.5mm草炭。

测定结果显示，添加5-15％的0.5mm草炭均可提高土壤对污染物的吸附量，虽不如无机填料效果显著，但鉴于添加草炭对土壤碳氮及物理性质的改善，建议在柳树人工湿地修建栽植柳树时在根据土壤中混加体积比为5-15％的0.5mm草炭，优选为10％。

实施例3

除了铺设人工基质层过程中，将粒径小于2cm的原土与粒径为0.4cm(通常为0.3-0.5cm)的沸石、蛭石、无烟煤、膨润土或活性炭等无机填料中的一种或多种按照体积配比为100：20(通常为100：10-20)的比例混合均匀后再铺设到人工湿地的砾石层的上部，形成厚度为90cm(通常为90-95cm)的人工基质层，其余与实施例2相同。

本实施例中无机填料选择蛭石与膨润土(体积配比为4:1)其他配比如1-4:1，优选为3-4:1均适用于本发明。其他无机填料如热改性蛭石、沸石、无烟煤、膨润土或沸石与膨润土、无烟煤与膨润土等都适用于本发明。

潜流人工湿地中种植的柳树通过其根茎等对污水进行过滤、截留、吸附、分解、吸收和沉淀，净化生活污水；种植在潜流人工湿地地下部分的柳树定期被砍伐，实现物质循环，测定观测井内水质，测定结果如表2所示；植株的生长状态测定结果如表3所示；植株的茎、叶元素分布量测定结果如表4。

实施例4

除了铺设人工基质层过程中，将粒径小于2cm的原土与粒径为0.4cm(通常为0.3-0.5cm)的沸石、蛭石、无烟煤、膨润土或活性炭等无机填料中的一种或多种按照体积配比为100：20(通常为100：10-20)的比例混合均匀后再铺设到人工湿地的砾石层的上部，形成厚度为90cm(通常为90-95cm)的人工基质层，栽种柳树时树坑内回填粒径小于2cm的原土与有机质填料草炭(粒径为0.5mm)，其中原土与有机质填料草炭的体积配比为100:10(通常为100:5-15)之外，其余与实施例2相同。

本实施例中无机填料选择蛭石与膨润土(体积配比为4:1)其他配比如3-4:1均适用于本发明。其他无机填料如热改性蛭石、沸石、无烟煤、膨润土或沸石与膨润土、无烟煤与膨润土等都适用于本发明。树坑内有机质填料除了草炭之外，还可以选择菇渣。

测定观测井内水质，测定结果如表2所示；植株的生长状态测定结果如表3所示。

实施例5

除了铺设人工基质层过程中，将粒径小于2cm的原土与粒径为0.4cm(通常为0.3-0.5cm)的沸石、蛭石、无烟煤、菇渣、膨润土或活性炭等无机填料中的一种或多种按照体积配比为100：20(通常为100：10-20)的比例混合均匀后再铺设到人工湿地的砾石层的上部，形成厚度为90cm(通常为90-95cm)的人工基质层，栽种柳树时树坑内回填粒径小于2cm的原土与有机质填料草炭(粒径为0.5mm)，其中原土与有机质填料草炭的体积配比为100:5之外，其余与实施例2相同。

实施例6

除了铺设人工基质层过程中，将粒径小于2cm的原土与粒径为0.4cm(通常为0.3-0.5cm)的沸石、蛭石、无烟煤、菇渣、膨润土或活性炭等无机填料中的一种或多种按照体积配比为100：20(通常为100：10-20)的比例混合均匀后再铺设到人工湿地的砾石层的上部，形成厚度为90cm(通常为90-95cm)的人工基质层，栽种柳树时树坑内回填粒径小于2cm的原土与有机质填料草炭(粒径为0.5mm)，其中原土与有机质填料草炭的体积配比为100:15之外，其余与实施例2相同。

实验结果显示，土壤中添加5-15％体积比的0.5-2mm草炭或蘑菇渣均有效提高了土壤的C/N、持水力及毛管孔隙，优选为添加10％的0.5mm草炭。通过添加草炭等有机填料，可以合理优化土壤碳氮比，为人工湿地中微生物的活动和繁殖提供碳源，加快系统启动速度，同时增加了柳树根系周围的持水力和毛管孔隙度，调节根际水气比例，保证柳树成活率。

Claims

1.一种生活污水零排放处理系统，其特征在于，包括生活污水沉淀装置、布水装置、潜流人工湿地和防渗装置，其中，所述沉淀装置与布水装置通过管道相连接；所述布水装置设置在所述潜流人工湿地的中上部，所述防渗装置铺设在所述潜流人工湿地的底部和侧壁。

2.根据权利要求1所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述生活污水沉淀装置由至少2个以串联方式连接的沉淀井组成。

3.根据权利要求1所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述生活污水沉淀装置由3个以串联方式连接的沉淀井组成，其中，收集生活污水并对其进行自然沉降处理的沉淀井为第一级沉淀井，依次串联的为第二级、第三级沉淀井，其中第一级沉淀井的体积大于第二级、第三级沉淀井的体积，第二级沉淀井的体积大于第三级沉淀井体积。

4.根据权利要求3所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述第一级、第二级、第三级沉淀井的体积之比为4-6：3-4:2-3。

5.根据权利要求1所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述布水装置由布水主管道和多条布水支管道组成，所述布水支管道与所述布水主管道固定连接。

6.根据权利要求5所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述布水装置还包括观测井，所述观测井与所述布水主管道的末端相连接。

7.根据权利要求1所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述潜流人工湿地由种植基质部分和种植在基质部分上的植株柳树组成，并且所述种植基质部分的底部距离地基的地表的距离为1.5-2.0m。

8.根据权利要求7所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述种植基质部分从下至上依次为砾石垫层、人工基质层和砂土覆盖层。

9.根据权利要求1所述的生活污水零排放处理系统，其特征在于，所述潜流人工湿地的底部和侧壁铺设的防渗装置由防渗膜组成，用于储水和防止污水渗漏污染地下水。

10.一种利用如权利要求1-9任一所述处理系统处理生活污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)沉淀、过滤后的生活污水通过布水装置，导入潜流人工湿地，污水被潜流人工湿地的种植基质部分和其中种植的植物根茎过滤、截留、吸附、分解、吸收和利用，净化生物污水；所述种植在潜流人工湿地种植基质部分的植株进行定期砍伐，实现物质循环；潜流人工湿地底部和侧壁铺设的所述防渗装置，保证生活污水无渗漏，使得全部的污水在潜流人工湿地中被消耗、利用，实现生活污水零排放。